作者：代春香¹, 孟令宽², 李三雁¹

作者单位：1. 四川大学锦城学院, 四川 成都 611731;
2. 中机中联工程有限公司, 重庆 400039

关键词：夹持机构;有限元模型;接触分析;零阶优化方法;结构优化

摘要：

为使吊具夹持机构满足载重工况的同时又尽可能降低自身质量及体积，对其进行接触应力、结构强度及优化设计分析，并根据最优设计参数作为制作夹持机构实物的具体数据，以实现对大直径、高质量、高温度零件的吊装。首先，该文采用Ansys Workbench建立夹持机构的参数化有限元模型，并进行接触分析，得出强度相对薄弱位置，进而提出改进和优化方案。其次，建立夹持机构的结构优化模型，采用零阶优化方法进行优化处理，从而得到模型的最优设计参数。从优化结果可得，夹持机构的比重较轻，夹持臂厚度变薄，而此时的最大综合位移和最大等效应力依然满足设计要求。最后，以优化分析结果作为夹持机构的实物制作数据支撑，制作调试后的吊具现场使用状况良好，效果比较理想，可验证分析结果的准确性。

Research on structural optimization of spreader clamping mechanism
DAI Chunxiang¹, MENG Lingkuan², LI Sanyan¹
1. Jincheng College of Sichuan University, Chengdu 611731, China;
2. CMCU Engineering Co., Ltd., Chongqing 400039, China
Abstract: In order to make the spreader clamping mechanism meet the load-bearing working conditions while reducing its own mass and volume as much as possible, the contact stress, structural strength and optimization design analysis are carried out. And the specific design parameters are used as the data of the actual clamping mechanism to achieve the lifting of large diameter, high mass and high temperature parts. Firstly, this paper uses Ansys Workbench to establish a parametric finite element model of the clamping mechanism, and conducts contact analysis to obtain a relatively weak position, and then proposes an improvement and optimization scheme. Secondly, the structural optimization model of the clamping mechanism is established, and the zero-order optimization method is used to optimize the processing, so as to obtain the optimal design parameters of the model. From the optimization results, the clamping mechanism has a lighter specific gravity, the thickness of the clamping arm is thinner, the maximum comprehensive displacement and the maximum equivalent stress still meet the design requirements. Finally, the optimized analysis results are used as the physical data support of the clamping mechanism, the effect of the spreader on the field after the commissioning was good, the spreader after the commissioning are in good condition and the effect is satisfactory, which verifies the accuracy of the analysis results.
Keywords: clamping mechanism;finite element model;touch analysis;zero-order optimization method;structural optimization
2019, 45(10):164-168  收稿日期: 2018-12-14;收到修改稿日期: 2019-02-03
基金项目:
作者简介: 代春香(1986-),女,四川遂宁市人,讲师,硕士,研究方向为机械设计、机械电子工程
参考文献
[1] 薛盼. 汽车起重机臂架结构分析与优化设计研究[D]. 兰州:兰州理工大学, 2011.
[2] 程鹏. 汽车起重机伸缩臂有限元分析及优化设计研究[D]. 太原:太原科技大学, 2012.
[3] 蔡宇子. 现代伸缩臂截面及尺寸优化研究[D]. 大连:大连理工大学, 2012.
[4] 王中要, 郭秀文. 基于ANSYS的梁结构有限元分析[J]. 公路, 2009(7):159-161
[5] 高微, 杨中平, 赵荣飞, 等. 机械手臂结构优化设计[J]. 机械设计与制造, 2006(1):13-15
[6] 樊炳辉, 付秀强, 高圣志, 等. 管外行走机器人抱紧机构的优化设计[J]. 机械设计与制造, 2018(11):146-149
[7] 单雪. 海洋基桩翻转夹具夹持机理分析与装置研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工程大学, 2017.
[8] 王仁, 黄文彬. 塑性力学引论(修订版)[M]. 北京:北京大学出版社, 1992:130-142.
[9] 瓦伦丁, L. 波波夫. 接触力学与摩擦学的原理及其应用[M]. 李强, 雒建斌, 译. 北京:北京大学出版社, 2011:41-52.
[10] 颜尚君, 李录平, 周曙明, 等. 大功率汽轮机末级轮盘-叶片结构接触状态有限元分析[J]. 汽轮机技术, 2018, 60(3):185-188
[11] 赵怀璧. 夹钳式钢坯吊具的优化及集成设计研究[D]. 北京:华北电力大学, 2012.
[12] 孟令宽, 陈晓渝, 钱烽, 等. 液压纠偏机构强度分析及结构优化[J]. 机械研究与应用, 2014, 134(27):113-115
[13] 王奎洋, 陈炯, 唐金花. 车用液力缓速器关键部件设计与有限元分析[J]. 中国测试, 2014, 40(6):141-144
[14] 杨瑞峰, 刘志凯, 郭晨霞, 等. 负载模拟器弹性杆的结构优化与有限元分析[J]. 中国测试, 2016, 42(5):119-123